基于双窗全相位FFT双谱线校正电力谐波分析

基于快速傅里叶变换的电力谐波分析在非同步采样情况下存在频谱泄露,影响测量精度。为抑制频谱泄露对谐波分析的影响,分析对比了双窗全相位FFT与传统加窗FFT在抑制频谱泄露方面的特点,并通过计算证明了双窗全相位FFT在电力谐波分析中的独特优势。针对全相位频谱分析通常采用的时移相位差法存在计算量大、实时性差及存在相位模糊现象等不足,提出了一种基于双窗全相位FFT双谱线校正的谐波分析算法,利用基波频点附近的两条谱线幅值计算基波频率,进而推导了简洁实用的谐波幅值校正公式。该算法实现方便,且实时性优于相位差法。通过与传统加Hanning窗、Nuttall窗插值FFT的仿真对比验证了新算法具有更高精度,基于该算法的实验结果也验证了算法的有效性。     

基于Kaiser窗双谱线插值FFT的谐波分析方法

为进一步减少加窗插值FFT的频谱泄漏和栅栏效应,提出了基于Kaiser窗的双谱线插值FFT的电力谐波分析方法,运用多项式拟合求出了实用的插值修正算式,推导了信号基波与各次谐波频率、幅值、初相角的计算式。仿真结果表明,Kaiser窗函数设计实现灵活、抑制频谱泄漏效果好,基于Kaiser窗的双谱线插值FFT方法能有效克服基波频率波动与白噪声对谐波分析的影响,在非整数周期截断条件下,对含21次谐波信号的频率计算相对误差仅为1.4×10%,幅值计算相对误差≤0.002%,初相位计算相对误差≤0.0001%,三相谐波电能计量应用实践证明了该方法的正确性。     

基于Kaiser窗相位差校正的电力谐波分析与应用

采用基本窗函数和广义余弦窗函数对信号加权可减少频谱泄漏和栅栏效应的影响,但其效果受到窗函数固定旁瓣性能的制约.Kaiser窗可定义一组可调的窗函数,自由选择主瓣与旁瓣衰减之间的比重,因此能全面地反映主瓣与旁瓣衰减之间的交换关系.对信号非同步采样和非整周期截断时的频谱进行了分析,讨论了Kaiser窗的主、旁瓣特性,提出了基于Kaiser窗相位差校正的电力谐波分析方法,推导了信号基波与各次谐波频率、幅值、初相角的计算式.仿真结果表明:Kaiser窗函数设计实现灵活、抑制频谱泄漏效果好,Kaiser窗相位差校正算法克服了基波频率波动对谐波分析的影响,对含21次谐波信号的基波频率计算相对误差仅为1.0×10-7%,幅值计算相对误差≤0.000 6%,初相位计算相对误差≤0.008%,三相谐波分析与谐波电能计量应用实践证明了该方法的正确性.     

基于全相位FFT的介质损耗因数测量算法的研究

全相位FFT频谱分析法具有优良的抑制谱泄漏性能及相位不变的特性,在工程上展现出了其重要的应用价值。虽然全相位FFT理论上具有相位不变的特性,相位无需校正,然而实际运用时,由于数据采样时间不能关于零点对称,即无法测得初相位,要想利用全相位FFT算法来求介质损耗因数,依然需要求得精确的频率来求解基波初相位。文章从实际应用出发,提出利用全相位FFT进行介质损耗因数的测量,并利用相位差校正法进行频谱校正,实现了从任意时刻点测量初相位,理论分析了算法实现过程。最终,通过计算机仿真,验证了该算法在频率波动、谐波干扰下能够有效提高介质损耗因数的测量精度。     

基于四项余弦窗三谱线插值FFT的谐波检测方法

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)在非同步采样情况下存在较大的误差,为了减小非同步采样对FFT的影响,通过选择旁瓣性能良好的4项5阶Nuttall窗结合插值FFT进行电力谐波检测。推导了实用的三谱线插值修正公式,利用谐波频点附近的三根离散频谱的幅值确定谐波谱线的准确位置,进而得到谐波幅值、频率及相位的修正公式。仿真结果验证了该算法在非同步采样时,与加Hanning窗和Blackman-Harris窗插值FFT相比有更高的分析准确度,同时,在加相同窗函数情况下,与双谱线插值修正算法相比也具有更高的准确度。仿真结果还验证了测量数据含有白噪声时,算法仍然具有较高的准确度。基于该算法的检测仪器的实测结果也验证了算法的有效性。     

Nuttall窗加权谐波分析算法及其在电能计量中的应用

采用FFT进行电网信号谐波参数分析时存在频谱泄漏,准确度较低.研究提出了一种基于Nuttall窗函数的频谱相位差校正算法,分析了Nuttall窗函数的时域、频域特性,建立了频谱相位差校正算法的流程,推导了信号谐波参数计算式,给出了算法在三相谐波电能计量中的实现方法.采用Nuttall窗对电压、电流信号进行加权,利用Nuttall窗旁瓣电平低、旁瓣衰减快的特点可有效减少频谱泄漏:运用频谱相位差校正方法进行信号频谱校正与分析,不必求解高次方程即可实现电网信号谐波参数分析.仿真与实际运行结果表明,非同步采样情况下,本文算法可以准确地实现电网信号谐波分析,实现电能的准确计量.     

频谱泄漏抑制与改进介损角测量算法研究

研究分析了非同步采样时频谱泄漏和栅栏效应对介损角测量误差的影响,提出了一种基于Hanning自卷积窗的改进FFT介损角测量算法.首先采用Hanning自卷积窗对电压电流信号加权,然后利用离散频谱插值算法和多项式拟合方法进行离散频谱校正,获得基波相位角,最后根据电压、电流基波相位差实现介损角测量.在非同步采样时,本文算法只需用4阶Hanning自卷积窗进行加权即可充分抑制频谱泄漏的影响,基于改进FFT的介损角插值计算式具有运算量小,易于实现的特点.基波频率波动、采样频率变化、白噪声影响、谐波变化等情况下的介损角仿真测量实验结果和实验室条件下的实际测量结果验证了本文算法的准确性和有效性.     

基于六项余弦窗函数插值FFT的谐波分析方法

在分析电网谐波时,很难实现同步采样和整周期截断,因此采用傅里叶方法必然存在频谱泄露和栅栏效应。加窗插值FFT算法是减小频谱泄露和栅栏效应的有效方法。为减小长范围泄露,将六项余弦窗函数应用于电力系统谐波分析,并且推导出了谐波参数的插值修正公式,其插值系数具有简单的显示表达式,计算量小。对该算法与Hanning窗和Blackman-Harris窗插值FFT算法进行了Matlab仿真对比研究,验证了该算法具有更高的分析精度。对微波炉电流实测数据的分析结果进一步验证了所提算法的有效性。     

非整周期采样条件下有功电能计量的新算法

非整周期采样条件下,应用FFT算法对信号进行分析时,会产生频谱泄漏,从而使有功电能的计量产生误差。在明确基波有功电能和谐波有功电能的定义,并证明负载所消耗的总有功电能与电压电流信号的频谱之间存在一定关系基础上,提出一种基于谐波子组加窗FFT的有功电能计量新算法。类似于IEC标准中谐波子组的分组方法,对加窗信号的频谱进行分组,并基于加窗前后信号总有功电能保持不变而得到电能恢复系数;同时,应用谐波子组内谱线的参数信息测算出基波有功电能和谐波有功电能值。数值仿真分析和实际应用验证发现,若该新算法配合以Hanning窗进行信号处理,其在测算基波有功电能和谐波有功电能时均具有较高的准确度。     

适用于频率偏移情况下谐波参数估计的改进算法

针对电网信号基波频率偏移时传统相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能产生测量失败的问题,提出了一种基于传统相位差的改进算法。将电网电压信号加入Blackman-Harris窗,通过分析加窗信号的频谱表达式,研究了电参量估计的误差来源,将频谱表达式进行了多项式变换从而加快了旁瓣衰减速度,进一步减轻频谱泄漏和各谱线之间的干扰,再依据传统相位差法的估计公式和多项式变换所得的新频谱表达式对电参量进行了重新估计。分别使用传统相位差法和经多项式变换的改进相位差法进行了数值仿真对比。研究结果表明:改进算法较传统相位差法相比各次谐波的测量精度提高了至少一个数量级,适用于频率偏移情况下电力系统谐波参数的高准确度估计;即使在噪声条件下,改进算法的优势也比较明显。     

基于加窗频移算法的谐波和间谐波检测方法

在电力系统谐波和间谐波的检测中,加窗插值算法在一定程度上解决了频谱泄漏问题,但在非同步采样下,存在非同步采样误差。该文将频移算法引入到FFT算法检测谐波和间谐波中,该方法首先对原始采样信号离散后进行数据加窗截断,来抑制谐波间频谱泄漏,再利用频谱搬移的方法使采样序列的峰值谱线与同步采样的真实谱线重合,以减小或消除同步误差,最后对频移信号进行FFT,计算出各次谐波参数。通过对加窗插值算法和加窗频移算法的实验仿真比较,结果证明了在噪声干扰下加窗频移算法具有更高的分析精度和良好的抗噪性。     

一种不依赖窗谱函数的校正方法及应用

在系统分析了对谐波信号进行离散频谱校正的4种方法（比值法、能量重心法、FFT＋FT法和相位差法）对窗谱函数的依赖关系的基础上,将相位差法和连续傅立叶变换法有机结合起来,提出了一种精确的、不依赖窗谱函数的通用离散频谱校正方法,并通过仿真分析和工程实例验证了该方法的正确性和有效性。     

计及负频率的极高频信号离散频谱校正新方法

对于机械振动与故障诊断等领域中常见的极高频(接近奈奎斯特频率)信号,传统的离散频谱校正方法存在着较大误差,负频率成分干涉严重是影响其频谱分析精度的重要因素。为提高极高频信号的频谱分析与校正精度,给出了一种计及负频率影响的离散频谱校正新方法。该方法基于Blackman窗,依据离散频谱的周期性并利用局部谱峰附近的3条谱线,建立包含正负频率贡献的离散频谱校正模型,通过对模型的求解获得频率、幅值和相位校正公式。采用频段内扫描的方式对频谱校正公式进行了仿真验证,结果表明所提方法可有效降低负频率成分对极高频信号频谱的干涉影响,提高其频率、幅值和相位校正精度。     

基于准同步DFT的非整数谐波分析算法

在准同步DFT谐波分析算法的基础上,提出了一种基于非整数波概念的谐波分析算法。该算法的核心思想是:信号频率漂移导致频谱峰值出现的位置与理想位置不一致是短范围泄漏产生的根本原因,而信号频率的漂移可以通过测量相邻点基波相角差来获得,那么应用该漂移值对基波和高次谐波的波次值进行非整数修正就可以准确测量各次谐波的幅值和相角。仿真实验和工程实例证明,该算法能够有效抑制频谱的长范围泄漏和短范围泄漏,提高基波与高次谐波的幅值与相位测量准确度。     

基于Rife-Vincent窗衰减信号插值离散傅里叶变换

频谱泄漏和栅栏效应是影响衰减信号离散傅里叶变换精度的主要因素。为了提高多频衰减信号离散傅里叶变换频谱参数的校正精度,提出一种加窗两点矢量插值校正算法。对信号加M阶余弦窗并计算加窗后信号的离散傅里叶变换,利用真实频率附近的两根谱线的矢量比建立方程,通过求解方程获得频率偏移量和衰减因子,利用上述获得的两个参数计算出信号的频率、幅值和相位。余弦窗的最大旁瓣衰减特性能有效的降低频谱泄漏的影响,两点矢量频域插值可以消除栅栏效应,两者结合极大地提高了算法的参数校正精度。仿真和试验结果表明,算法具有较高的参数校正精度和稳定性,且计算效率较高,适用于实时处理及对计算资源要求苛刻的场合,为多频衰减信号的特征提取提供了一种可选的方法。     

基于频谱细化和相位差校正的全息谱研究

针对全息谱在频谱密集情况下精度会降低的问题,提出了基于频谱细化和相位差校正的全息谱分析方法。该方法采用复解析带通滤波器选带细化方法对以阶次频率为中心的局部区间进行细化分析,通过提高频率分辨率来消除密集频谱对精确获取幅值、相位信息的影响,运用相位差法对细化区间内的最大谱峰进行频率、幅值、相位校正,准确地提取出各阶次的幅值、相位信息,最后合成全息谱图。仿真及对柔性转子试验台振动信号的分析结果表明,基于频谱细化和相位差校正的全息谱能有效提高其分析精度,更加精确有效地诊断旋转机械的故障。     

噪声影响下的高准确度介损角测量方法研究

基于FFT的介损角检测方法易于硬件实现,但其准确度受频谱泄漏和噪声的影响较大.为此,提出了一种基于Black-man自卷积窗的高准确度介损角检测算法,建立了噪声影响下介损角检测结果的统计描述模型.首先采用Blackman自卷积窗对噪声影响下的畸变信号进行加权,其次利用离散频谱对称插值算法计算基波相位角,然后根据电压与电流基波相位差实现介损角检测,最后根据测量不确定度传播原理,推导了噪声对介损角检测准确度的统计模型,并通过仿真和实际检测2验证了本文算法和统计模型的正确性和可行性.     

离散频谱能量重心法频率校正精度分析及改进

研究噪声对离散频谱能量重心法的频率校正精度的影响,推导了在高斯白噪声背景下用能量重心法对加对称窗的离散频谱进行校正的频率误差理论公式,分析找错和找对最大值谱线情况下的理论误差和某些情况下校正误差较大的原因,为了提高能量重心校正法的频率校正精度,提出用谱线间相位差为阈值作为选择用3条或4条谱线进行校正依据的改进措施。通过对加Hanning窗的离散频谱进行计算机仿真计算,结果表明在大噪声背景下改进的能量重心校正法有很高的频率校正精度,与理论推导十分吻合,验证了理论推导的正确性,表明改进后的能量重心法具有更高的抗噪性能,扩大了能量重心校正法的工程应用范围。     

线路单相接地故障熄弧时刻捕捉算法

针对带并联电抗器的电力线路瞬时性单相接地故障,为确保自适应重合闸成功并最大限度缩短非全相运行时间,提出了一种基于单频信号全相位快速傅里叶变换(ap FFT)相位谱平坦特性的熄弧时刻捕捉算法。对故障相端电压信号进行全相位FFT计算,分析二次电弧熄弧前后故障相端电压信号的全相位FFT频谱特征,在二次电弧熄弧前,由于过渡电阻的高度非线性,故障相端电压中有剧烈变化的高频信号,其全相位FFT相位谱不具平坦性;二次电弧熄灭后,过渡电阻消失进入恢复电压阶段,高频信号平稳变化,其全相位FFT相位谱较平坦。通过分析高次谐波相位谱平坦特性的变化,可准确捕捉二次电弧熄弧时刻。ATP-EMTP仿真结果表明,该方法计算简单,受故障位置、过渡电阻、功角等因素影响小。实际故障录波数据的分析结果验证了所提方法的有效性。     

非接触式异步振动参数辨识仿真研究

简要介绍了叶尖定时测振原理,基于单自由度振动原理,利用三角函数和最小二乘法建立了异步振动重构方法。为提取重构方法中关键参数-相位差,通过分析传统FFT算法和全相位FFT算法的优缺点,建立了融合传统FFT算法与全相位FFT算法的相位差提取方法。数值仿真表明:异步共振频率计算值与真实值的差值为0.06 Hz,误差为0.017%;幅值计算值与真实值的差值为0.1 um,误差为0.05%。建立的异步振动重构方法合理可行,能够满足工程试验的需求。